反应时间对水热合成TiO_2薄膜微结构及性能的影响

【摘要】二氧化钛(TiO)是一种非常重要的宽带隙半导体材料,具有优越的光电性能和物理特性,并在光催化、染料敏化太阳能电池、水分离、自清洁领域显示出巨大的应用前景。在这些应用中形貌的影响尤为重要,因此制备不同形貌的二氧化钛并研究其各方面性能成为目前的研究热点。本文采用水热法制备TiO2薄膜,通过控制反应时间来制备具有不同的表面形貌的TiO2薄膜。本文利用X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)、超景深3D显微镜(3Ddigitalmicroscope)、扫描电镜(SEM)、激光显微共聚焦拉曼光谱仪、紫外可见分光光度计(UV-Vis)等来测试分析薄膜的微结构.组分及化学状态、表面形貌、光致发光谱、拉曼光谱和紫外可见透射谱等。以甲基橙溶液作为模拟污染物,研究薄膜光催化活性。全面系统地研究水热反应时间对薄膜的微结构、表面化学成分及其价态、表面形貌、光致发光谱、拉曼光谱、紫外可见透射谱及其光学带隙、光催化活性等的影响。主要结论如下：不同反应时间制备的TiO2薄膜里有板钛矿相和锐钛矿相,随着反应时间的增大板钛矿相逐渐减少,锐钛矿相逐渐增多。此外,反应时间较长时会出现一些水热中间产物的杂相。组分及化学状态分析结果表明：薄膜表面钛氧原子比Ti：O为1：2.28,主要成分可认为是TiO2。形貌分析结果表明：当水热反应时间较短时,薄膜呈无规则结构,增加反应时间薄膜开始具有一定的几何形状,当反应时间增大到6h时,薄膜呈杂乱无章的一维纳米线结构,到12h和24h时,薄膜出现分级结构,底层为多孔结构,表层分别为二维片层状结构和三维类坚果状结构。PL谱分析结果表明：不同时间制备的TiO2薄膜的本征发光均被抑制,但在可见光区域有较强的发光谱带,这可能是与带内缺陷能级和界面态的电子跃迁有关。Raman光谱结果显示：反应时间1h、2h的样品中板钛矿的拉曼振动峰比较明显,3h的样品开始出现锐钛矿拉曼峰,4h、6h、12h、24h的锐钛矿拉曼峰比较明显。由此可见随着反应时间的增大,薄膜的板钛矿相逐渐减少,锐钛矿相逐渐增多,和前面XRD结论一致。紫外吸收光谱结果表明：薄膜的平均吸收系数随反应时间变化比较大,当反应时间从1h增加到4h时,薄膜的平均吸收系数逐渐从1.097减小到0.516,反应时间为6h时平均吸收系数急剧增大到0.955,继续增大反应时间到24h,薄膜的平均吸收系数降低至0.731后增加到0.861。此外,我们可由吸收光谱计算样品的禁带宽度,结果显示禁带宽度是随着反应时间的增加而逐渐增大的。并且4h及之前的样品禁带宽度数值均介于板钛矿与锐钛矿数值之间,更进一步说明随着反应时间的增大,薄膜的板钛矿相逐渐减少,锐钛矿相逐渐增多。光催化结果显示：随着反应时间的增加,薄膜的降解效率和表观反应速率常数都是先降低再升高后降低的。其中反应6h的样品降解效率最高,表观反应速率常数最大,未来有望作为一种比较好的光催化剂来降解有机污染物。本学位论文的创新点在于：1、系统的研究了水热反应时间对TiO2薄膜微结构、表面形貌、各项性能的影响,为寻找最优的工艺参数工作打下基础。2、通过改变水热反应时间改变了TiO2薄膜的形貌,找到调控TiO2薄膜形貌的途径,并分析其形成机理,为后续量子点修饰薄膜等工作打下基础。
【作者】张毛翠；
【导师】孙兆奇；
【作者基本信息】安徽大学，材料物理与化学，2014，硕士
【关键词】TiO2薄膜；反应时间；微结构；表面形貌；光学性能；

【参考文献】
[1]白玉.新疆果品网络营销研究[D].新疆大学,企业管理,2013,硕士.
[2]许小霞.汉英词汇对比研究及其在对外汉语教学中的应用[D].西北大学,汉语国际教育（专业学位）,2012,硕士.
[3]潘峰.Morita-Baylis-Hillman反应加成物参与的有机催化的串联反应研究[D].吉林大学,有机化学,2013,硕士.
[4]董菲.基于利益冲突的审计意见购买问题研究[D].西北大学,会计学,2013,硕士.
[5]李文迪.粉煤灰基分子筛的制备及用于燃煤电厂的催化脱硝研究[D].北京化工大学,化学工程与技术,2013,硕士.
[6]王海波,仲秋雁.基于数据挖掘的客户关系管理体系结构研究[J].大连理工大学学报(社会科学版),2004,02:42-46.
[7]张莹.从英汉句法结构差异看英语长句汉译策略[D].北京外国语大学,翻译,2014,硕士.
[8]秦馨馨.基于支架理论的大学英语课堂话语分析[D].燕山大学,英语语言文学,2013,硕士.
[9]于浩,刘冉彤,郑笑晨,乔金丽.石墨烯/碳纳米管复合膜修饰电极检测亚硝酸根[J].化学研究与应用,2015,06:809-814.
[10]宋煜萍.论中国公共行政范式的转变[D].苏州大学,行政管理,2003,硕士.
[11]畅晓菊.我国个人住房贷款担保体系的构建与管理研究[D].西安建筑科技大学,管理科学与工程,2004,硕士.
[12]王斌.船上油污应急计划编制探讨[J].江苏船舶.2004(04)
[13]朱晓春.Likert量表在文明指数调查中的作用[D].苏州大学,应用统计（专业学位）,2013,硕士.
[14]孙森森.浅谈我国海洋石油工业及用泵的发展情况[J].水泵技术.1994(05)
[15]索伦高娃.当代蒙古三弦作品创作特征研究[D].内蒙古大学,音乐学,2014,硕士.
[16]马征.联合风险投资模式对被投资企业绩效影响研究[D].华东理工大学,会计（专业学位）,2014,硕士.
[17]邓莹.股价异质性信息与并购投资决策[D].华中师范大学,数量经济,2014,硕士.
[18]于梅.应收账款风险测定研究[D].大连理工大学,会计学,2004,硕士.
[19]韩锋,田威,廖文和,张旋,王丽峰.基于并联机构的轻型自主爬行钻铆系统法向调姿算法[J].航空学报.
[20]张先健.深海拖曳式自然电位法技术研究[D].杭州电子科技大学,电子与通信工程,2011,硕士.
[21]陈干超.无机半导体及有机高分子纳米结构的可控合成[D].湖南大学,2012.
[22]孟颖.金融风险的测评与防范[D].河北大学,统计学,2003,硕士.
[23]韩天丰,周国逸,李跃林,刘菊秀,张德强.中国南亚热带森林不同演替阶段土壤呼吸的分离量化[J].植物生态学报,2011,09:946-954.
[24]邓娅号.初中语文课堂有效提问研究[D].湖南师范大学,课程与教学论,2013,硕士.
[25]马宏远.钢铁工业中的无线遥控和计算机的无线数据通信[J].冶金自动化,2000,01:23-27.
[26]刁玲.侵权法上安全保障义务制度研究[D].西南政法大学,民商法学,2012,硕士.
[27]韩文轩,方精云.幂指数异速生长机制模型综述[J].植物生态学报,2008,04:951-960.
[28]张晓楠.模糊偏好决策系统中基于证据理论的属性约简[D].河北师范大学,基础数学,2013,硕士.
[29]隋艳丽.元宝山发电厂企业文化重构研究[D].大连理工大学,工商管理,2004,硕士.
[30]孙蕴路.探析小城镇旧城景观空间的保护性改造[D].浙江大学,园林植物与观赏园艺,2012,硕士.
[31]常丽霞.上海提升服务功能推动长三角地区海洋产业一体化发展的路径研究[D].华东师范大学,人文地理学,2013,硕士.
[32]魏杨.鸡HMGCR基因多态性及其与经济性状相关性研究[D].河南农业大学,动物营养与饲料科学,2012,硕士.
[33]张丽娜.新时期大学生人文精神培育存在问题及对策研究[D].西安科技大学,思想政治教育,2014,硕士.
[34]王辉.模块化体系下中国装备制造业产业链整合研究[D].辽宁大学,国民经济学,2012,硕士.
[35]王丹,郑义.双包层色散平坦光子晶体光纤的数值模拟与分析[J].光学学报,2011,08:86-91.
[36]徐杭.主族元素调控高效磷光铱配合物的设计、合成及其应用[D].南京邮电大学,2014.
[37]梁晨.VoIP系统中语音增强的研究与实现[D].哈尔滨工业大学,控制科学与工程,2013,硕士.
[38]包昌火,李艳,包琰.论竞争情报学科的构建[J].情报理论与实践,2012,01:1-9.
[39]秦丹鹤.胶东招平断裂带北段金矿床地质特征及成矿流体研究[D].吉林大学,矿物学岩石学矿床学,2014,硕士.
[40]袁旭.基于温度控制的就地热再生过程质量管理研究[D].重庆交通大学,管理科学与工程,2011,硕士.
[41]张安珍.论网络环境下的智能信息服务[J].情报理论与实践,2004,06:659-662.
[42]万彩云.企业低碳会计问题研究[D].山西财经大学,会计学,2014,硕士.
[43]马季.高压螺旋输送机组合密封结构的性能分析[D].北京化工大学,安全技术及工程,2013,硕士.
[44]刘建英.全叶青兰挥发性成分及黄酮类化合物的研究[D].新疆大学,化学,2013,硕士.
[45]刘勇强.食品企业产品赊销决策机理与方法研究[D].河北经贸大学,工商管理,2014,硕士.
[46]苗风麟,施洪生,张小青.1.5MW风力发电机组动态载荷分析[J].北京交通大学学报,2014,02:80-84.
[47]陈亚囡.论我国证人作证制度[D].青岛大学,诉讼法学,2013,硕士.
[48]伍俊良,刘飞.病态线性系统的控制模型设计及其迭代算法[J].控制与决策,2004,11:1315-1317.
[49]钟晶.碳纳米管增强形状记忆聚合物/超级电容器的制备及研究[D].哈尔滨工业大学,2013.
[50]杨林权.荷载和地下水开采作用下的地面沉降数值模拟及应用研究[D].中国地质大学,2014.